发布时间:2024-03-20
近日,全球首个获得适航认证的国产自研“空中的士”亿航EH216-S在淘宝上架,标价239万元。而亿航智能刚于3月15日晚披露业绩,2023年四季度营收达5660万元,同比大增261%。
2024新年伊始,全国首部低空经济立法——《深圳经济特区低空经济产业促进条例》获表决通过,现已实施。
作为低空经济“吃螃蟹”的第一城,美团无人机已在深圳落地近20条航线,累计配送订单约21万单;顺丰旗下的无人机公司丰翼科技,在深圳地区飞行超过28万架次,运输货物重量69吨,飞行时长2.3万小时,飞行里程85.7万公里,全年实现收入同比增长230%。
而在产业力量方面,截至2023年底,深圳市无人机企业已经超过1700家,年产值接近1000亿元,同比增长28%,这帮助深圳实现了在消费类无人机在全球占比超过70%,工业级无人机在国内市场占比超过50%。聚集在深圳的无人机企业,包括大疆、丰翼科技、美团无人机、道通智能、科卫泰、路飞智能等。
部分代表性无人机业务整理 来源:物联传媒
中信证券指出,通航是低空经济的主体产业,而无人机产业是其主导产业,两者结合的城市空中交通UAM是发展热点。具备强产业辐射力的低空经济,有望催生万亿产业规模,并到2025年,对中国国民经济的综合贡献值将达3万亿至5万亿元。
那么,深掘这个可达万亿规模的应用领域,哪些传感器能够在此获得不错的增长?下面笔者将其分为三大类进行讨论。
一、机体运动状态感知
一般而言,飞行控制器内部主要由两大部分构成——IMU(惯性检测装置)和GPS模块。无人机平稳飞行不可缺少的飞行控制器中的内部传感器(IMU)。而这些传感器主要有加速度计、陀螺仪、磁罗盘与气压传感器等。
加速度计——提供关键输入信息
加速度计用于测量无人机在XYZ三轴方向的加速度,并决定其静止时的倾斜角度。当无人机静止水平时,X、Y轴输出为0G,Z轴输出为1G。无人机旋转时,通过调整各轴输出,使无人机达到特定倾斜角度。此外,加速度计还监测无人机的线性加速,用于计算速度、方向和高度变化率。
作为第一个真正大规模商业化应用的MEMS传感器,加速度传感器在汽车、高铁、无人机、智能穿戴、医疗等领域应用广泛。
据赛迪顾问相关数据,2022年中国加速度传感器市场规模为204.9亿元,增长率为5.2%,预测2023年中国加速度传感器市场规模为220亿元,增长率为7.4%。
陀螺仪——检测角度变化率
陀螺仪传感器监测三轴角速度,用于检测俯仰、翻滚和偏摆时的角度变化率。其提供的信息用于维持无人机稳定并防止晃动。陀螺仪数据汇入马达控制驱动器,通过动态控制马达速度提供稳定性,并确保无人机按用户设定角度旋转。
目前,部分厂商为了提高芯片集成度,会将陀螺仪和加速度计封装在一起,称为六轴传感器。因而当前许多MEMS传感器企业均将加速度传感器和陀螺仪传感器产品一同布局,而在这一领域的国产厂商主要有:美新半导体、敏芯微、明皜传感、深迪半导体、芯动联科、赛微电子、土兰微电子、矽睿科技等。
磁罗盘——方向感测+金属检测
磁罗盘为无人机提供方向感,通过测量XYZ轴向的磁场数据,结合加速度计的倾斜角度数据,计算出正确方位。磁罗盘对硬铁、软铁和运转角度敏感,需使用磁性传感器校正算法以过滤异常状况。除了方向感测,磁罗盘还可用于检测周围磁性和含铁金属,以避免事故发生。
以大疆无人机为例,其常用的MEMS磁罗盘传感器主要来自于霍尼韦尔和国内厂商矽睿科技,而这一领域正在积极发展中的国产厂家还有东方微电、北微传感、西安精准测控等
气压计——估测高空升降速度
气压计利用大气压力换算出高度,而压力传感器能侦测地球的大气压力。因而,由气压计所提供的数据能协助无人机导航,上升到所需的高度,准确估计上升与下降速度。
在历年中国传感器市场规模数据中,压力传感器均排名第一,据赛迪顾问相关数据,2022年中国压力传感器市场规模588.6亿元,增速为6.5%,预测2023年中国压力传感器市场规模为646.8亿元,增速为9.9%。
在这一领域,国产替代需求强劲,涌现出了诸如敏芯微、美泰电子、昆山双桥、龙微科技、启泰传感、麦克传感等出色的国产传感器厂商。
超声波传感器——近地飞行控制
在近地面飞行时,“地面效应”的存在会导致飞机周围气体的气压分布与静止状态下的大气不同,使得无法用气压计来测算出高度。通常的解决办法是在起飞或降落时使用其他传感器,比如超声波传感器或激光测距仪。其中超声波传感器更为通用。
而在这一领域,目前仍以诸如法雷奥、博世和尼塞拉等国际厂商为头部竞争者。国产品牌由于起步较晚,在全球超声波传感器市场市占率较低,2018年奥迪威市占率为5.6%,除了奥迪威,此外还有亿纬光学、电应普、欧赛龙等厂商亦专注该赛道。
二、外部环境状态感知
用于无人机外部环境感知的传感器主要有毫米波雷达、激光雷达和深度相机三种。
毫米波雷达
毫米波雷达系统是一种主动探测设备,利用电磁波的反射来检测障碍物,该电磁回波中包含有障碍物目标方向大小、相对距离等信息,并具有探测范围广、全天候、全天时工作的特点,然而雷达系统通常体积、功耗较大,无法适用于中小型无人机系统,且目标精确识别能力有限。
激光雷达
激光传感器具有精度高、单向性好等优点,但成本较高。通过机载激光感知系统可以快速得到准确的目标方位、速度、形状等参数。激光传感器不易受气流影响,但易受到烟雾、灰尘和雨滴的干扰。目前,在无人机感知与避障系统中都有一定的应用。
深度相机
深度相机的本质是光电传感器的应用,采用光电元件将目标场景的光信号转化为电信号,具有被动无源的特点,且所获取的图像中含有丰富的细节消息,是当前无人机目标感知与规避系统应用较多的一种感知设备。优点是作用距离远、分辨率高、隐蔽性好,但缺点是无法全天候、全天时工作,且对光线较为敏感,在强光或弱光环境下会影响数据精度。
细分应用,多传感器融合
低空经济火爆的背后,既是对低空空间的灵活改造,又是对传统劳动力的创新更迭,由此衍生出了多样化的无人机应用领域。
而在这些不同应用领域,对于传感器的需求也各不相同,故笔者将其划分为特定应用类传感器。
这类传感器不影响无人机核心功能,但可用于特定应用,比如气候监测、农耕等。其所搭载的传感器也更为丰富,例如,湿度传感器监测湿度参数,用于气象站、凝结高度监测等;MEMS麦克风则将声音转换为电子信号,用于影片拍摄、监控等应用等。
在笔者看来,随着低空经济的持续开拓,对移动精准度、自动化程度、多元功能的需求提升,将为传感器产业打开一块沃土。
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